Spektralanalyse der Wirkungsgrade von Industriekesseln

Das Unternehmen GASCO wurde 1856 gegründet und war über diesen Zeitraum hinweg einflussgebender Akteur für viele Erneuerungen in der chilenischen Energieindustrie. Von lang zurückliegenden Zeiten der gasbetriebenen Straßenbeleuchtung bis zur Einführung von Erdgas und Flüssiggas. Aktuell beteiligt sich das Unternehmen aktiv in der chilenischen Industrie in Form von Design und Einführung von integrierten Energielösungen: effizient, sicher, sauber und rentabel. GASCO ist daher ein wichtiger Player innerhalb des Transformationsprozesses der chilenischen Energiematriz. Vorheriges basiert auch auf der permanenten Suche und Anpassung von Technologien, um Industrieprozesse zu optimieren und auch im Sinne der Kunden nachhaltiger zu gestalten. Die Spektralanalyse der Wirkungsgrade von Industriekesseln ist eines von vielen Beispielen, wie GASCO zu einem nachhaltigeren und effizienten Bergbau beitragen möchte.

SPEKTRALANALYSE DER WIRKUNGSGRADE VON INDUSTRIEKESSELN

Ohne Zweifel ist innerhalb des thermischen Raum-Energiemanagements die effiziente Gestaltung von Industriekesseln eine Schlüsselkomponente. Normalerweise zielt der Begriff darauf ab, in einem bestimmten Zeitraum relativ einfache Messungen der in den Kessel eintretenden Wassermenge (q_Wasser) und der Temperatur, die dieser hat ( T°_Wasser), durchzuführen und auf der anderen Seite den Brennstoffverbrauch des Kesselbrenners (Q_Brennstoff) zu messen. Dabei wird das Wasser in Dampf umgewandelt.

Mit diesen Messungen, addiert zu der Enthalpie des Wassers ( h_Enthalpie ) und dem Heizwert
( PCi _Brennstoff ), wird dann eine Berechnung wie die folgende durchgeführt:

Bedauerlicherweise nimmt man üblicherweise an, dass der Wasserverbrauch in Bezug auf gesättigtem Dampf ähnlich hoch ist wie der vom Kessel erzeugte, wenn man z.B. Kesselabschlämmungen und andere Verluste außer Acht lässt.  Dies liegt an den Kosten für die direkte Messung des Dampfes am Auslass der Anlage.

Daraus ergibt sich eine Reihe von Daten, welche schließlich ein mögliches „Bild“ über den Wirkungsgrad eines Kessels bieten, welcher normalerweise bei etwa 85 % und bei sehr guten Kesseln bei über 90 % liegt. All dies ist für die Menschen, die diese Anlagen zu verwalten haben, nichts Neues. Es muss jedoch auch festgestellt werden, in welchem Verhältnis dieser Wirkungsgrad zu den Variablen steht, die diese Zahl über lange Produktionszeiträume hinweg variieren lassen. Was man bei dieser Betrachtungsweise schließlich erhält, ist ein Profil oder eine Kurve des Wirkungsgrades des Kessels, welches beispielsweise so aussehen könnte:

Schließlich wird ein Datensatz im Zeitbereich dargestellt, mit der Aussage, dass eine unbekannte Funktion die Form dieser Kurve bestimmt. Dieser könnte mit jenen verschiedener Zeiträume verglichen werden. Dadurch könnte zum Beispiel eine Reihe sehr nützlicher Statistiken über den Wirkungsgrad oder vielleicht die Reihenfolge in Perzentilen erhalten werden. Dies würde ermöglichen durch Intervalle herauszufinden, wie oft ein bestimmter Wirkungsgrad erzeugt wird.

FOURIER-REIHEN

Es scheint eine Grundform des Wirkungsgrades zu geben, wenn alle Betriebsvariablen in einer gut bestimmten Weise korrekt synchronisiert sind, der Wirkungsgrad einen Basiswert annimmt und der Rest nur die Summe kleiner Änderungen ist.

Eine Methodik, welche möglicherweise helfen kann, diese abzuschätzen, ist das „Transformieren“ unserer Funktion in einen anderen Bereich, zum Beispiel den Frequenzbereich.

Wenn wir das von dem französischen Mathematiker Jean-Baptiste Fourier ausgearbeitete Konzept verwenden, bei dem jede Funktion auf gewöhnliche Art und Weise aus einer unendlichen Summe von trigonometrischen Funktionen konstruiert werden kann, sind wir in der Lage, die gleiche Funktion des Wirkungsgrades neu zu konfigurieren, jedoch im gewöhnlichen Bereich seiner Frequenzen.

Das zuvor Beschriebene ist eine mögliche Hilfe, das Profil eines Wirkungsgrades zu verstehen. Diese Grundfrequenz ist aus mechanischer Sicht zusammen mit einer Reihe von anderen Oberwellen der Basis-Wirkungsgradwert und beschreibt in seiner Gesamtsumme die Energieleistung eines Kessels.

Tatsächlich kann dieses Frequenzprofil aus einer Zeitperiode mit einem anderen Profil aus einer anderen Periode verglichen werden. Somit können wir verstehen, ob der Wirkungsgradfunktion neue Oberwellen hinzugefügt wurden und welche diese spezifisch sein könnten – Bedingung ist eine adäquate Sensorisierung aller am Dampfproduktionsbetrieb beteiligten Variablen.

Um interessanterweise festzustellen, welche Betriebsvariablen sich auf den Wirkungsgrad auswirken, müssen wir verstehen, wie oft und in welchem Zeitrahmen dies geschieht. Leider ist es nicht möglich, beides gleichzeitig zu analysieren, da ein Hochfrequenzsignal eine kurze Lesezeit benötigt, ein Niederfrequenzsignal hingegen eine längere Lesezeit.

Genau diese Themen stehen bei GASCO im Fokus. Das Unternehmen sucht stets den Weg hin zu mehr Effizienz, beispielsweise indem ein komplexer und reichhaltiger Datensatz einfacher und verständlicher dargestellt wird. Dadurch wird auch das Energiemanagement handlicher und produktiver.

*Von Unternehmen eingereichte Beiträge liegen in deren alleiniger Verantwortung und spiegeln nicht unbedingt die Position der AHK Chile wider.